探讨高校公共建筑能耗监测系统的设计与应用

摘要：在资源节约型社会建设进程中，高校公共建筑能耗管理存在问题已经成为办学成本加大、社会资源浪费的桎梏。在各级的推动下，高校公共建筑能耗监测系统建设在探索中发展，依托互联网+大数据技术逐步实现能耗管理信息化的实践，为高校乃至全社会公共建筑用能稳步向微能耗、零能耗发展提供可能和基础，促使绿色建筑快速发展。

关键词：高校；公共建筑；能耗监测系统；项目实例；研究；策略

1976 年丹麦技术大学 TorbenV.Esbensen 等人提出“零能耗建筑”。随着世界能源短缺问题的日益突出，建筑节能逐渐成为关注的焦点。美、日、德等在建筑节能研究与实践等方面均取得了较大的发展，零能耗建筑是未来发展趋势。20世纪80年代中期，我国开启建筑节能战略的推进，与发达相比还要历经能耗监测、节能减排、微能耗逐步到零能耗的发展。高校作为耗能大户之一，其公共建筑的节能减耗尤为重要，旧的分散式能耗测量已不能满足需要，提出新的能耗监测途径迫在眉睫。

一、能耗监测系统和能效管理存在问题

1.人们对能耗监测系统建设的认识水平亟待提升

节能减排是一项战略工程。各级出台了推进的相关政策与导向，但是由于前期建设投入较大、短期内经济效益不十分明显。许多建设项目在设计上仍被忽略，建设单位处于观望状态。能耗监测系统建设是节能降耗逐步向微能耗、零能耗发展的基础性项目和必由之路。它是指通过对办公建筑和大型公共建筑安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现建筑能耗的在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称，主要由数据采集子系统、数据中转站和数据中心组成。

2.高校公共建筑能效管理粗放亟待改善

随着各行各业节能减排的推进，当前高校公共建筑现有能源管理存在着设备陈旧、节能技改资金不到位、能耗监测手段落后、用能分析缺乏科学依据。常常呈现教室、图书馆、实验楼等公共建筑的“长明灯”；供水供暖设备陈旧、破损发现滞后，“跑冒滴漏”现象突出；供电线路老化、电力负荷超标、管理监测手段简单等问题，归根到底是能耗监测信息采集渠道不畅，导致严重的能源浪费，和能耗支出剧增。

3.能耗管理建设的投入“瓶颈”亟待破解

近年来，高校普遍扩招发展，办学基础设施建设项目增多，但后勤管理服务部门的能源管理水平与系统化、智能化、科学化的目标相距甚远。依旧是人工为主的被动式管理状态，能耗监测的信息化程度较低，设备更新缓慢、技术监测手段落后、管理水平粗放，许多能耗设备长期“带病运行”，致使正常办学运行的能耗计量受阻，急需借助互联网技术进行改善。

二、高校能耗监测系统建设实例分析

1.项目概况

某高校工程技术训练中心大楼为框架结构，地上七层，地下一层，建筑面积5万平方米，属二类高层建筑,满足绿色建筑设计标准。该工程需要配套建设能耗监测系统子项目，通过用能系统的实时计量，建立建筑能耗数据库，为此公共建筑提供可靠的能耗分析、节能诊断等技术服务。针对该工程的实际使用情况，进行分类、分项能耗计量，实现其中电量、水量、热量消耗的在线监测，从而实现能耗的网络化管理，建成该工程的节能监管数据中心，从功能上满足能耗监测与分项计量的要求，为建设节约型校园提供数据信息平台。

2.能耗监测系统点位分布设计

按照住建部《办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据采集技术导则》《办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据传输技术导则》，并结合实际管理使用需要，整栋建筑能耗监测点位设计既要以水、电、暖监测为主，电耗分项至照明插座、空调用电、动力用电、特殊用电等四个必分项以吻合技术规范要求，又要适度考虑监测点位预留延展性、系统兼容性，还要契合当地能耗监测系统建设的扶持政策标准。为此，该监测系统的点位分布设计成为项目建设的核心指标之一。依据该工程施工设计图纸，共安排了70个点位，其中预留2个监测点位。

3.能耗监测系统功能设计

依据《公共建筑能耗远程监测系统技术规程》JGJ/T 285-2014(2015年发)规范要求，该能耗监测系统设计功能：

(1) 能耗分析及预览即以图表的方式直接呈现建筑的整体能耗、各分类分项能耗及能耗趋势等信息，且具备播放功能，满足能耗对外展示的需要。

(2) 记忆查询即具备查询策略功能，能够将查询的各个关键参数如：能耗单元、能耗种类、时间段、图表格式等进行组合保存，方便下次查看时直接调用。

(3) 历史数据备份与复原即系统应具备专门的数据管理功能，历史数据可以通过光盘或者硬盘进行备份，备份可以按时间自动进行也可以由操作员手动操作。考虑到数据的有效性和实时性，要求故障数据、操作日志、保护信号的详细 ( 完整数据 ) 至少保存1年，其他数据保存6个月，统计数据至少保存3年。

(4) 系统自检功能即系统具有能对交换机、服务器、工作站等设备实时监视。若检测到故障，即时出现信息。通过自检来确定故障发生的部位，并能自动记录故障发生时间、恢复时间。

(5) 网络管理与维护即能设置和显示性能监视门限，存储和显示各种性能指标数据。通过软件进行参数下载，数据库更新。对网络设备进行配置管理、参数管理、状态查询等等。

(6) 节能量核算系统模块即对整栋建筑的能耗状况以及分类、分项节能潜力进行科学的数据核算，并形成报告。

(7) 设备台账管理模块即至少应包括资产管理、维修记录等功能，以方便设备维护及管理。

(8) 管理功能即区域划分明确、类型划分清晰、紧急提示明显。

4.能耗监测系统集成

该公共建筑能耗监测系统是一个系统化集成信息平台项目，要充分考虑项目的业态分布，包括底层网络传感设备设计选型、项目现场施工、能耗数据传输网络、分项能耗建模、平台软件功能、后续可持续的节能诊断与服务等六大部分。各部分都是能源管理系统建设*的一部分，实现可视化、集成化、大平台的综合管理。该系统建立的能耗监测数据库，用于分析计算而形成的大数据库以外，并为未来社会化技术力量的介入与服务提供数据基础。

三、高校公共建筑能耗系统的建设策略

通过对某高校工程技术训练中心能耗监测系统建设实例的分析与实践，我们通过实践得出能耗监测系统建设的基本策略，以期为高校节能减排、逐步向微能耗、零能耗发展提供一定的借鉴价值。

1.高校公共建筑能耗监测系统建设势在必行

高校是社会的重要组成部分，也是能耗管理的大户，其节能减排的效益不仅在于降低办学成本，还在于熏陶、养成一代年轻人的节能、降耗意识。为此，各级应该出台相关政策激励、扶持高校在公共建筑中建设能耗监测系统，利在当代、功在千秋。各高校也应在公共建筑的设计、建设预算上重视能耗监测系统的功效，以响应建设资源节约型社会的战略发展。

2.公共建筑能耗监测系统建设要因地制宜

高校公共建筑设计、布局能耗监测系统时，要针对建筑的用途和管理的目标来综合考虑。例如学生宿舍楼、职工住宅楼要考虑能耗的分户计量，而办公楼、实验楼、体育馆等只考虑水电暖的总量计取。既不要盲目追求能耗系统功能的全而大，也不要忽视能耗监测系统的延展扩容性与其他公共建筑能耗子系统间的兼容性。我们的经验是满足需要、适度预留、充分兼容，才能确保校园能耗监测系统发挥节能减排的作用。

3.能耗监测系统核心支撑高校绿色建筑

通过各集成用能回路和预设的控制逻辑，公共建筑能耗监测系统对各种建筑的各种能耗进行运行监测、数据分析、统一管理，遵循相应的标准自动节能运行，实现“能源可视”即用了多少能？“能源可知”即能源用在哪里？能源是怎么用掉的？“能源可控”即怎样降低能耗，减少能源费用？“优化节能”即怎样计算减少的能源损失和能源浪费？改善室内环境品质？该系统为高校公共建筑的持续使用，降能减耗、绿色环保奠定基础和提供可能，有效支撑校园绿色建筑稳步发展。

4.搭建信息联动平台实现统筹能耗管理

依托互联网技术，高校公共建筑能耗监测系统与主管部门建立信息共享、数据共享、远程监测、联动服务的信息管理平台，省市能耗管理部门实时对各建筑用能进行统筹管理，实现快速应急处理。并利用互联网+大数据分析，将数据的分析研究应用于各公共建筑规划布局、能源配套建设，达到科学、精细化管理社会能源。

四、安科瑞重要用能单位能耗在线监测系统

1.系统概述

工业能耗在线监测系统是一个集成Intranet/Internet网络技术、GPRS无线传输技术、Web Service软件技术、数据库技术等于一体的大型数据综合管理系统。系统为管理者、各级能耗内部用户、浏览者提供了一个访问的网络通道，搭建了一个合理、信息传输平台和管理平台。工业能耗在线监测系统的开发应用为管理部门、企业生产管理、计量管理、节能管理提高到一个新的高度，是我们对节能减排、节能降耗实现的一种行之有效的解决方案。

能源组成及监测内容：

图1 能源组成

图2 监测内容

用电类：采集采暖、锅炉、空调、制冷、照明、办公、电梯、水泵、风机、通风机等耗电设备的用电信息。主要监测其用电量，对于大耗电设备监测其电流、电压及功率因数等信息。

配电类：采集6kv/10kv配电开关设备、变压器，状态信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能质量、电能量等。

用水：自来水和蒸汽；采集具有485通讯功能的智能热量表、蒸汽流量计、水表等；

用气：煤气、天然气；采集具有485通讯功能燃气表；

环境参数：采集具有485通讯功能的温度/湿度计；采暖空调供回水温度；

2.系统框架

图3 系统框架

(1)能源消费管理系统：该系统可以对用能企业煤、电、油、气、热、水等能源和耗能工质进行定期录入和实时采集，并将收集到的能耗数据进行整理存储，为汇总分析和上报作数据支持。

(2)能源利用状况信息报送系统

用能企业可通过该系统将企业本年度的《能源利用状况报告》，报送至市节能监察中心，经初审核后，上传至省节能监察总队审核，而后上报有关部门。

(3)单位能耗水平识别评价系统

利用用能单位能耗数据，对企业用能状况进行分析评价，查找问题。为节能管理部门掌握、分析信息和研究节能改造并制定相关政策措施提供科学的依据和平台。

(4)决策服务和专家咨询服务系统

系统提供直观、简明、快捷的数据信息查询和决策支持服务。对用能企业的能耗进行科学、合理的咨询指导，帮助用能企业做出及时、正确、可行、有效的解决方案。

(5)能耗预测、能源安全预警系统

通过系统全部掌握用能企业能源购置、使用、消耗及生产情况，对企业的用能情况进行综合的评判和分析，对比同期值和限定值，对能耗超标情况予以预警提示。

在全部获取能源使用的基础上，进行数据挖掘分析，实现能耗的预测分析功能，为相关部门的宏观决策提供支撑体系。

(6)节能监察及信息发布、法律法规知识培训系统：

通过该系统平台，可对省耗能企业做节能监察工作；发布节能法律法规标准以及能源基础知识、能源统计知识、节能监测方法等资料；处理日常节能管理工作相关的公文、通知、公告等。

3.系统网络结构

 系统把数据信息从各个企业的能源监控中心采集到后台的数据库系统，经分析与处理，提供分析预测和预警功能。同时通过门户wang站、无线终端等手段为省、市领导以及相关委办局提供了多方位、可视化的便捷服务。

图4 系统结构

4.能耗监测系统产品选型

【参考文献】

[1]张承刚.高校校园能耗监管系统设计与实现 [D]. 山东大学 ,2014.

[2]张勃.高校公共建筑能耗监测系统建设实例的研究与策略

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.